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1、第三章量子力学导论AnIntroductiontoQuantumMechanics第三章 量子力学导论§3-1玻尔理论的局限性§3-2实物粒子的波粒二象性§3-3海森堡不确定关系§3-4波函数及其统计解释§3-5薛定谔方程*§3-6量子力学中的一些理论和方法*§3-7氢原子的薛定谔方程解目录2第三章 量子力学导论§3-1玻尔理论的局限性玻尔量子理论打开了认识原子结构的大门,取得成功.但它的局限性和存在的问题也逐渐为人们所认识.玻尔理论将微观粒子视为经典力学中的质点,把经典力学的规律用于微观粒子,使其理论中有难以解决的内在矛盾,有重大缺陷.如:为什么核与电子间的相互作用存在,但处
2、于定态的加速电子不辐射电磁波？电子跃迁时辐射(或吸收)电磁波的根本原因何在？……薛定谔的非难“糟透的跃迁”在两能级间跃迁的电子处于什么状态？3第三章 量子力学导论玻尔理论的“缺陷”1.不能证明较复杂的原子甚至比氢稍复杂的氦原子的光谱；2.不能给出光谱的谱线强度（相对强度）；3.不能解释氢光谱的精细结构；4.只能处理周期运动不能处理非束缚态问题,如散射问题；5.不能自洽.在理论上,能量量子化概念与经典力学不相容.（有人为的性质,物理本质还不清楚）4第三章 量子力学导论19世纪末,物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段.主要表现在以下两个方面：(1)应用牛顿力学讨论了从天体到
3、地上各种尺度的力学客体的运动.牛顿力学应用于分子运动也取得有益的结果.1897年,J.J汤姆逊发现了电子,并表明电子的行为类似于一个牛顿粒子.(2)光的波动性在1803年由托马斯.杨的衍射实验有力揭示出来,麦克斯韦在1864年发现的光和电磁现象之间的联系把光的波动性置于更加坚实的基础之上.经典物理学的成功5第三章 量子力学导论进入20世纪后,经典物理学受到冲击.经典理论在解释一些新的试验结果上遇到了严重的困难.困惑的主要问题：1）黑体辐射2）光电效应3）氢原子光谱物理学的危机量子理论1905年爱因斯坦提出光量子概念.1913年玻尔引入量子态概念建立玻尔模型并成功地解释了氢光谱.
4、1925年泡利提出不相容原理,同年乌仑贝克、古兹米特提出电子自旋假说,很好地解释元素周期性、塞曼效应等一系列实验事实.至此形成的量子论称为旧量子论（有严重缺陷）.经典物理学的困难6第三章 量子力学导论海森堡（德）WERNERHEISENBERG (1901-1976)获1932诺奖玻恩（德）M.Born(1882-1970)获1954诺奖薛定谔（奥地利）ERWINSCHRODINGER (1887-1961)获1933诺奖狄拉克PAULDIRAC (1902-1984)获1933诺奖在波粒二象性思想的基础上,于1925-1928年间由海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克等人建立了量子力
5、学,它与相对论成了近代物理学的两大理论支柱.7第三章 量子力学导论微观规律与经典规律的比较1）量子化（连续无级）2）随机性（必然性、因果关系）3）模糊性（测量的宏观准确性）索尔维会议(SolvayConference):比利时物理学家和企业家欧内斯特·索尔维于1911年创办,邀请世界著名的物理学家和化学家对前沿问题进行讨论.由于前几次索尔维会议适逢20世纪10年代-30年代的物理学大发展时期,参加者又都是一流物理学家与化学家,使得索尔维会议在物理学发展史上占据了重要地位.爱因斯坦与玻尔第五次会议主题为“电子和光子”,爱因斯坦以“上帝不会掷骰子”的观点反对测不准原理,而玻尔反驳道
6、“爱因斯坦,不要告诉上帝怎么做.”波尔-爱因斯坦论战8第三章 量子力学导论德拜泡利海森堡薛定谔埃伦费斯特布拉格康普顿狄拉克玻恩玻尔居里夫人洛伦兹爱因斯坦朗之万普朗克第五次索尔维会议与会者合影（1927）与会的29人中有17人先后获得诺贝尔奖9第三章 量子力学导论1.经典物理中的波和粒子经典物理学中波和粒子各自独立,在逻辑上不允许同时用这两个概念描写同一现象.粒子可视为质点,具有定域性,位置可无限精确地被测定.有确定的质量、动量、速度和电荷等；波可以在空间无限扩展,波有确定的波长和频率.波的波长和频率也能被精确测定(因为波不能被约束).§3-2实物粒子的波粒二象性10第三章 量子
7、力学导论1672年牛顿(英)提出光的微粒说.1678年惠更斯(荷兰)提出光的波动说.此后,两种学说长期论战.光的波粒二象性波动性：干涉、衍射、偏振粒子性：热辐射,光电效应,散射等19世纪初,菲涅尔、夫琅和费、杨氏等人通过光的干涉、衍射实验证实光的波动性.19世纪末麦克斯韦和赫兹证明光是电磁波.2.光的波粒二象性1905年,爱因斯坦用光量子说解释了光电效应,提出光子的能量为,并于1917年指出光子有动量光在传播时显示波性,在传递能量时显示粒子性.(两者不会同时出现)11第三章 量子力学导论3.
